Научно-техническая программа ИРН BR18574092, сроки выполнения 2023-2024 гг.

Руководитель программы: Жантаев Ж.Ш., доктор физико-математических наук.

Актуальность:

В разрезе нашей страны, вопрос мониторинга трансграничных территорий в настоящий момент стоит наиболее остро, так как изучаемый регион подвержен различным опасным процессам природно-техногенного характера. К регионам повышенного риска можно отнести Прикаспийский регион и Горный Алтай, где интенсивно добываются полезные ископаемые. В настоящее время, акватория Каспийского моря находится в повышенном экологическом стрессе на фоне интенсификации морской добычи и разведки углеводородного сырья, это определяет важность продолжения совместных работ с РФ по данному региону. Комплексный мониторинг и продолжение исследований по оценке множественных опасностей довольно актуален для обеих стран. Создание совокупности автоматизированных инструментов по мониторингу ЧС со встроенной системой оценки мер и последствий существенно улучшит процесс управления бедствиями, что включает в себя систематические процессы использования административных решений, действия по преодолению последствий и для уменьшения воздействия стихийных бедствий и связанных с ними экологических и техногенных катастроф.

Цель программы:

Создание системы совместного наземно-космического исследования и прогнозирования ЧС природного и техногенного характера, позволяющей отслеживать состояние потенциально опасных объектов, влияющих на интенсивно развивающиеся трансграничные регионы РК и РФ (Каспийского региона и Горного Алтая) в режиме близкого к реальному времени, оперативно выявлять аномальные геодинамические проявления, очаги пожаров, зоны затопления, нефтяные разливы и др., и реализации моделирования и прогнозирования динамики их развития с целью минимизации экономических потерь и выработке рекомендаций по их предотвращению.

Ожидаемые результаты:

  • Автоматизированная система космического мониторинга и моделирования активных лесных и степных пожаров, и оценка выгоревших территорий трансграничных областей РК и РФ;
  • Новые подходы и методики обработки больших данных (big data) дистанционного зондирования с моделированием загрязнения нефтепродуктами акватории Каспийского моря;
  • Модели прохождения паводковых вод и наводнений с использованием данных космического зондирования и наземных измерений, в процессе выполнения которого формируются обзорные карты состояния водной поверхности исследуемой территории с выделением зон затопления и моделированием развития ситуации;
  • Комплексная геодинамическая модель земной коры трансграничных регионов Горного Алтая с применением современных методов вычислительной геомеханики и эмпирических GPS-данных о движениях земной поверхности с созданием 3Д моделей местности;
  • Модели распространения пожаров (лесных и степных пожаров, выгоревших территорий) и наводнений для автоматизированной оценки масштабов и степени чрезвычайной ситуации;
  • Методика анализа косвенных эффектов от предупреждения и ликвидации ЧС (минимизации жертв, расходов бюджетных средств, экологический эффект и т.д.) при применении космических средств.

Для решения задач космических исследований ЧС будут применены следующие модернизированные методы и методики:

  • метод оперативного космического зондирования пожаров, в процессе выполнения которого формируются карты очагов пожаров с привязкой к населенным пунктам на основе ночных и дневных космоснимков (6-8 раза в день), карты – маски и таблицы величин, выгоревших и пострадавших от пожаров площадей на территории области, модели распространения пожаров и их верификация к местности и климатическим условиям;
  • ГИС-технология оценки риска возникновения пожаров на основе многолетних данных ДЗЗ, проведение общего анализа и тестирование результатов космического мониторинга пожаров, выделить зоны с высокой степенью риска возникновения пожаров.
  • ГИС-технология оценки степени риска затопления территории на основе многолетних результатов космического мониторинга, 3Д модели местности, построение тестовых карт зон риска затопления;
  • метод детектирования нефтяных разливов на акватории Каспийского моря с использованием радиолокационных и оптических снимков и модели распространения нефтяных разливов и их верификация к местности и климатическим условиям;
  • метод исследования геодинамических процессов с использованием GPS данных, обработка специализированным программным комплексом GAMIT\GLOBK;
  • математическое моделирование геомеханического состояния верхней части земной коры с использованием комплекса геолого-геофизических, спутниковых данных.

Достигнутые результаты:

Разработаны модули загрузки и предварительной обработки спутниковых данных для системы космического мониторинга активных лесных и степных пожаров. Разработаны новые модули автоматизированной системы космического мониторинга активных лесных и степных пожаров и алгоритмы оценки выгоревших территорий трансграничных областей РК и РФ. Разработана автоматизированная система космического мониторинга активных лесных и степных пожаров, и оценка выгоревших территорий трансграничных областей РК и РФ. Система космического мониторинга позволяет оперативно отслеживать состояние потенциально опасных очагов возгорания, контролировать динамику их развития, автоматически оценивать выгоревшую площадь, и мгновенно рассылать информацию о пожарах через мессенджер Telegram.

Разработана система оперативного космического мониторинга наводнений и паводков в трансграничных бассейнах рек РК и РФ. Обработка снимков вручную является трудоемким и время затратным процессом, что сильно влияет на оперативность получения данных и интерпретации результатов обработки снимков. Это является очень важным критерием реагирования и принятия решений при возникновении ЧС различного масштаба. В рамках данной задачи выполнены следующие работы: разработана и автоматизирована методика для оперативного мониторинга паводков и наводнений с использованием снимков низкого разрешения; разработана методика получения водной поверхности по данным со спутника Sentinel-1; разработана и автоматизирована методика определения водной поверхности по данным среднего разрешения. Все полученные при выполнении задачи данные будут использоваться в последующих этапах программы в качестве первичных данных для моделирования паводков и наводнений. Планируется также проведение верификации разрабатываемой методики моделирования паводков и наводнений путем сопоставления с наземными, гидрометеорологическими, климатическими и историческими данными.                 Построена геомеханическая модель земной коры трансграничных регионов Горного Алтая на основе эмпирических GPS-данных. Была проделана масштабная работа по сбору и анализу опубликованных материалов, охватывающих геолого-тектонические особенности исследуемой территории. На основе собранных архивных и актуальных геолого-геофизических материалов построена трехмерная геомеханическая модель земной коры для анализа структуры литосферы. Построено пространственное распределение параметров напряженно-деформированного состояния, для выделения тектонически напряженных областей. Сопоставление с сейсмичностью региона показывает хорошую корреляцию. Полученные результаты по данной задаче являются предварительными и охватывают только Казахстанскую часть Горного Алтая с прилегающей территорией. Построенная модель будет дополняться новыми данными, методика будет улучшаться проведением сопоставления результатов с данными, полученными другими типами измерений.

Публикации:

1. Aitimov M., Kaldarova M., Kassymova A., Makulov K., Muratkhan R., Nurakynov S., Sydyk N., Bapiyev I. Predicting and detecting fires on multispectral images using machine learning methods //International Journal of Electrical & Computer Engineering (2088-8708). – 2024. – V. 14. – №. 2.  — P. 1842-1850. (Процентиль-66). http://doi.org/10.11591/ijece.v14i2.pp1842-1850

2. G.M. Іskalіуeva, N.K. Sуdуk, A.K. Kalуbaуeva, M.S. Sagat , A. Samat use of water іndіces for waterbodіes іn the Еsіl water management basіn // NEWS of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan SERIES OF GEOLOGY AND TECHNICAL SCIENCES.-2024. – V.4. — № 466. – р. 117–130. https://doi.org/10.32014/2024.2518-170X.429

3. Сагатдинова Г.Н. Выявление загрязненных нефтью почв по данным ДЗЗ, на примере месторождения “Узень” // Материалы 21-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2023. C. 104. http://doi.org/10.21046/21DZZconf-2023a